作者单位
摘要
中国人民公安大学侦查学院,北京 100038
运动模糊图像点扩散函数(PSF)的精确估算是模糊图像复原的关键。为了提高PSF参数估计的准确性,消除频谱图中央亮线对模糊角度估计的干扰,提出一种运用窗函数来提高PSF参数估计精度的方法。对运动模糊图像进行二维离散傅里叶变换和对数运算,计算图像的功率频谱图,对频谱图像添加窗函数Hanning,对处理后的图像进行中值滤波平滑处理和二值变换处理,再结合形态学算法和Canny算子边缘检测对频谱图进行优化,最后通过Radon变换,得到模糊方向。根据模糊方向结果,在模糊角度方向上对运动模糊图像的频谱图进行Radon变换,分析负峰值之间的距离,得到暗条纹间距,根据暗条纹间距与模糊长度之间的关系,求出模糊长度,从而完成两个点扩散函数参数的估算。结果显示,与现有算法相比,所提算法提高了参数估计的精度,复原时产生的振铃和伪影现象减少,充分利用图像信息的同时操作简便。
窗函数 运动模糊图像 图像复原 点扩散函数 参数估计 
激光与光电子学进展
2024, 61(4): 0437007
作者单位
摘要
1 西安工业大学光电工程学院,陕西 西安 710021
2 西安应用光学研究所,陕西 西安 710065
针对空间相机轻量化、小型化要求,采用一体式环形孔径透镜。由于基底单一和结构紧凑,系统存在色差和球差,引入衍射光学元件和偶次非球面校正像差,而单层衍射光学元件在宽波段存在衍射效率下降等问题,设计了一种端到端式光学-数字联合成像系统,对影响衍射效率主要级次的点扩散函数进行一致性优化,构建出空间不变的点扩散函数模型,为后续图像复原建立复原函数模型,实现退化图像的复原。最终光学-数字联合成像系统工作波段确定为0.45~1 μm,焦距为185 mm,视场为5°,F数为4,遮拦比为0.35,系统总长为67.8 mm。
光学设计 环形孔径 单层衍射光学元件 端到端设计 图像复原 
激光与光电子学进展
2024, 61(4): 0411006
作者单位
摘要
天津大学精密仪器与光电子工程学院光电信息技术教育部重点实验室,天津 300072
提出一种基于计算成像理论的端到端衍射元件设计方法,通过全局性优化方案将光学设计和图像复原作为整体,从而降低前端光学系统的成像质量要求,并利用图像复原算法去除残余像差以简化系统。所提设计方法涵盖光场传播、探测器去噪和图像后处理等关键环节的模型建立与联合优化。该设计方案可用于景深延展的轻薄型衍射元件的设计,且所适用的大景深的简单光学系统具有较高的成像质量。
成像系统 端到端 景深延展 图像复原 衍射元件 
光学学报
2024, 44(2): 0211001
伍华杰 1,2甘佺 3,4,5,*吕永强 4,5汪启宏 4,5[ ... ]凤麟核团队 1
作者单位
摘要
1 中国科学院合肥物质科学研究院合肥 230031
2 中国科学技术大学合肥 230026
3 中科超睿技术有限公司青岛 266041
4 中子科学国际研究院青岛 266199
5 山东省中子科学技术重点实验室青岛 266199
中子照相系统因其特定的成像结构,使得成像后的中子照相图像不可避免地存在几何不锐度。为提升中子照相图像的质量,本文提出一种基于改进Richardson–Lucy算法的中子照相图像几何不锐度修正方法,该方法首先根据几何不锐度的形成原理构建点扩散函数,然后通过拉普拉斯算子和中值滤波方法去除图像中的γ白斑噪声,最后采用Richardson–Lucy算法对图像进行复原。采用线对模板样品进行测试,并与4种现有的中子照相图像几何不锐度修正算法进行对比,验证了本文算法可将衡量中子照相图像几何不锐度修正效果的平均梯度、空间频率指标分别提升60.23%和29.90%,能够实现几何不锐度的修正,同时解决图像复原过程中γ白斑噪声的放大问题,为实现高分辨率的中子照相提供重要技术支撑。
中子照相图像 图像复原 几何不锐度 Richardson–Lucy算法 高分辨率 Neutron photographic image Image restoration Geometric unsharpness Richardson–Lucy algorithm High resolution 
核技术
2023, 46(12): 120203
Author Affiliations
Abstract
1 Zhejiang University, School of Physics, Zhejiang Province Key Laboratory of Quantum Technology and Device, Hangzhou, China
2 Zhejiang University, Center for Data Science, Hangzhou, China
Holographic imaging poses significant challenges when facing real-time disturbances introduced by dynamic environments. The existing deep-learning methods for holographic imaging often depend solely on the specific condition based on the given data distributions, thus hindering their generalization across multiple scenes. One critical problem is how to guarantee the alignment between any given downstream tasks and pretrained models. We analyze the physical mechanism of image degradation caused by turbulence and innovatively propose a swin transformer-based method, termed train-with-coherence-swin (TWC-Swin) transformer, which uses spatial coherence (SC) as an adaptable physical prior information to precisely align image restoration tasks in the arbitrary turbulent scene. The light-processing system (LPR) we designed enables manipulation of SC and simulation of any turbulence. Qualitative and quantitative evaluations demonstrate that the TWC-Swin method presents superiority over traditional convolution frameworks and realizes image restoration under various turbulences, which suggests its robustness, powerful generalization capabilities, and adaptability to unknown environments. Our research reveals the significance of physical prior information in the optical intersection and provides an effective solution for model-to-tasks alignment schemes, which will help to unlock the full potential of deep learning for all-weather optical imaging across terrestrial, marine, and aerial domains.
spatial coherence holographic imaging turbulence image restoration deep learning 
Advanced Photonics
2023, 5(6): 066003
作者单位
摘要
1 山东省水利勘测设计院有限公司,山东 济南 250013
2 河海大学信息科学与工程学院,江苏 常州 213022
3 山东省水利勘测设计院有限公司济南市数字孪生与智慧水利重点实验室,山东 济南 250013
水下结构状态视觉检测过程中,观测相机镜头易受到水体中枯叶、藻类等悬浮杂质遮挡,导致水下结构表观影像信息丢失,影响检测效果。针对该问题,利用水下视频序列中的帧内空间信息与帧间运动信息,提出一种悬浮杂质遮挡消除方法。根据相邻帧间的光流场分布信息,提出位移补偿策略,消除相机移动导致的帧间背景偏移;结合悬浮杂质成像特性,建立动态视觉感知模型,在对齐后的相邻帧基础上,实现不同形态悬浮杂质的准确检测;构建一种混合引导修复模型,确立帧间最优互补信息,还原悬浮杂质遮挡区域。在构建的真实与合成数据集上的测试结果表明,本文方法能够准确检测并消除悬浮杂质的遮挡,处理后的图像质量在多项指标上均得到明显提升。
水下图像复原 悬浮杂质遮挡消除 位移补偿 动态视觉感知 混合引导模型 
光学学报
2023, 43(24): 2401012
作者单位
摘要
中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院, 北京 100083
Landsat卫星影像已经成为世界范围内长时间序列生态监测研究中最广泛使用的数据源。 在大中尺度区域的遥感应用研究中, 因季节、 光照、 气候等条件以及卫星重返周期和传感器的不同, 多景遥感影像拼接、 镶嵌后会存在斑块效应和色调不均匀现象。 在遥感云计算技术高速发展的今天, 探索快速且高效地基于云平台的Landsat色差条带修复方法具有重要意义。 提出了一种在Google Earth Engine(GEE)云平台上实现的基于随机森林算法的直方图影像均质化方法, 将1986年—2020年山西省Landsat Top of Atmosphere(TOA)和Surface Reflectance(SR)(Landsat 5 TM/7 ETM+/8 OLI)反演后的归一化植被指数影像NDVI作为研究数据, 以MOD13Q1(250 m分辨率)、 MOD13A1(500 m分辨率)和MOD13A2(1 km分辨率)MODIS数据集作为2000年后的验证数据, 分别对比影像修复前后的1986年—2020年山西省NDVI影像。 研究结果表明: (1)在35年的逐年影像分析中有20年的影像存在条带色差问题。 以1994年为例, 修复后的Landsat TOA和Landsat SR影像与修复前相比, 影像修复区的NDVI平均值分别增加了32.6%和29.03%, 剖面分析显示拟合度分别增加了0.162 3和0.118 0; (2)1986年—2020年一元线性回归趋势性分析结果表明, 修复后影像的拟合度更高, 长时序分析后逐年影像的波动幅度更小。 其中, Landsat TOA和SR影像修复后的斜率分别下降了0.006 2和0.006 7, R2分别提高了0.024 8和0.008 4; (3)对Landsat和MODIS影像进行Pearson相关性分析发现, 修复后的Landsat SR和TOA图像的相关系数平均提高了0.049和0.061(p<0.05), 其中, 修复后的Landsat SR和TOA影像与MOD13Q1、 MOD13A1、 MOD13A2影像相关系数分别提高了0.050、 0.047、 0.049和0.066、 0.060和0.059; (4)2000年—2020年Landsat和MODIS影像的时序分析结果显示, 修复后的Landsat影像整体趋势与MODIS影像更趋近, 修复后的Landsat TOA和SR影像的拟合度分别提升了0.058 6和0.031 9。 所提出的基于GEE云平台随机森林算法的快速影像修复方法, 实现了对长时间序列遥感影像NDVI反演结果的精确评估, 应用本方法可快速、 高效地解决影像镶嵌所造成的色差斑块和条带效应。
生态监测 影像拼接 影像修复 随机森林 直方图匹配 Ecological monitoring Google Earth Engine Google Earth Engine Image mosaic Image restoration Random forest Histogram matching 
光谱学与光谱分析
2023, 43(11): 3483
作者单位
摘要
青岛大学计算机科学技术学院,山东 青岛 266071
针对水下图像存在的雾化、模糊和颜色失真问题,提出一种基于全变分和颜色平衡的水下图像复原方法。以完整水下光学成像模型为基础,分别结合四叉树细分法与光在水中传播特性估计背景光,利用水下中值暗通道先验估计透射率,并采用共轭梯度和迭代最小二乘法估计模糊核。为提高计算效率,引入交替方向乘子法对变分能量方程进行逆求解得到去雾、去模糊的图像。在此基础上,在YCbCr空间采用颜色平衡算法对颜色通道进行补偿以校正色彩失真。与6种流行的水下图像增强和复原方法进行比较,实验结果表明,所提方法可以有效地去除雾化和模糊、校正色偏、恢复出清晰、色彩真实的水下图像。
图像处理 水下图像复原 水下光学成像模型 全变分模型 颜色平衡 
激光与光电子学进展
2023, 60(16): 1610007
作者单位
摘要
1 合肥学院能源材料与化工学院,安徽 合肥 230601
2 合肥学院先进制造工程学院,安徽 合肥 230601
高光谱图像(HSI)在采集过程中易受到环境或者采集设备的干扰,遥感数据信息会受到大幅的损失,因此高光谱图像去噪是图像预处理的基本问题。设计去噪算法,将HSI划分为局部等分块,采用低秩矩阵约束表征局部特征,并在其基础上利用截断核范数最小化方法来分离出稀疏噪声,全局利用空间-光谱全变分正则化实现分离密度噪声和维持空间-光谱平滑性的目的,两者结合能高效去除高斯噪声、椒盐噪声等的混合噪声。对所提优化算法与其他4种近几年发表的去噪算法进行对比,平均结构相似度提高0.13,平均峰值信噪比提高1.10 dB,运用到不同强度的单一类型噪声中,平均结构相似度也能提高0.10。在实际图像的放大对比中,所提优化算法也有着明显的噪点去除效果。实验结果证明,所提方法对高光谱图像在局部特征表述上更加贴近,结合全局正则化方法后获得更明显的去噪效果,能够对高密度噪声和稀疏噪声有清除作用。
高光谱遥感图像 图像复原 截断核范数 局部低秩 全变分 
激光与光电子学进展
2023, 60(16): 1610006
作者单位
摘要
宁波大学机械工程与力学学院,浙江 宁波 315211
数字图像相关法作为一种直接有效的非接触、全场光学测量方法,已广泛地应用于各个领域材料和结构的二维/三维位移和应变测量。结合先进的散斑制备技术,在显微镜下进行原位加载实验,可实现微尺度数字图像相关位移和应变测量。微尺度下试样加载过程中将不可避免地出现离面位移,由于光学显微镜景深限制,微小的离面位移将导致散斑图像失焦模糊,从而为变形测量带来相应的误差。为减小这种失焦模糊带来的误差,采用盲去卷积方法对散斑图像去模糊,并针对噪声问题采用高斯滤波的方法对散斑图像进行去噪,定量分析了图像复原对数字图像相关测量精度的影响,并对indium tin oxide(ITO)薄膜进行了拉伸实验。实验结果表明,图像复原后测量的弹性模量误差减小了13.91%,应变测量结果的精度与稳定性更高。
图像处理 数字图像相关 图像复原 噪声去除 微尺度 变形测量 
激光与光电子学进展
2023, 60(14): 1410004

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